2025年大学本科三年级（自动化）自动控制系统阶段测试试题及答案

2025年大学本科三年级（自动化）自动控制系统阶段测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。(总共8题，每题5分，在每题给出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项)1.自动控制系统中，反馈控制的本质是（）A.基于偏差消除偏差B.对给定值的跟踪C.对干扰的补偿D.系统的稳定性保障2.以下关于传递函数的说法，正确的是（）A.只与系统的结构和参数有关B.与输入信号有关C.与初始条件有关D.是系统输出与输入的比值3.二阶系统的阻尼比ζ对系统性能影响较大，当ζ=0时，系统处于（）A.欠阻尼状态B.过阻尼状态C.临界阻尼状态D.无阻尼状态4.对于一个稳定的线性定常系统，其传递函数的所有极点必须位于s平面的（）A.左半平面B.右半平面C.虚轴上D.实轴上5.比例控制规律的特点是（）A.有滞后作用B.有超前作用C.调节及时，无滞后D.调节不及时6.积分控制规律的作用是（）A.消除稳态误差B.加快系统响应C.提高系统稳定性D.减小超调量7.微分控制规律主要用于（）A.提高系统的快速性B.消除稳态误差C.减小系统阻尼D.增加系统超调量8.系统的开环传递函数为G(s)H(s)，其闭环特征方程为（）A.1+G(s)H(s)=0B.G(s)H(s)=0C.1-G(s)H(s)=0D.G(s)+H(s)=0第II卷（非选择题，共60分）9.简答题：简述自动控制系统的基本组成部分及其作用。(10分)10.简答题：什么是系统的稳定性？判断线性定常系统稳定性的方法有哪些？(共10分)11.计算题：已知某二阶系统的传递函数为G(s)=ωn²/(s²+2ζωns+ωn²)，当ωn=2，ζ=0.5时，求系统的阻尼振荡频率ωd、无阻尼自然频率ωn、上升时间tr、峰值时间tp和超调量σ%。(20分)12.分析题：材料：某温度控制系统，采用比例积分控制。在运行过程中，发现系统响应速度较慢，稳态误差较大。问题：请分析可能的原因，并提出改进措施。(15分)13.设计题：设计一个液位控制系统，要求保持液位稳定在给定值。已知有液位传感器可检测液位高度，有调节阀可控制进水流量。请画出系统的方框图，并说明各环节的作用。(5分)答案：1.A2.A3.D4.A5.C6.A7.A8.A9.自动控制系统主要由被控对象、测量元件、控制器和执行元件组成。被控对象是被控制的设备或过程；测量元件用于检测被控量并将其转换为电信号；控制器根据测量元件送来的信号与给定值比较产生控制信号；执行元件根据控制信号对被控对象施加控制作用，使被控量达到预期值。10.系统的稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够自动恢复到原来平衡状态的能力。判断线性定常系统稳定性的方法主要有劳斯判据和奈奎斯特判据等。劳斯判据通过系统特征方程的系数来判断系统稳定性；奈奎斯特判据则利用系统开环频率特性来判断闭环系统的稳定性。11.ωn=2，ζ=0.5。ωd=ωn√(1-ζ²)=2√(1-0.25)=√3。上升时间tr=(π-θ)/ωd，其中θ=arctan(√(1-ζ²)/ζ)=arctan(√3)=π/3，所以tr=(π-π/3)/√3=2π/(3√3)。峰值时间tp=π/ωd=π/√3。超调量σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ²))×100%=e^(-0.5π/√3)×100%≈16.3%。12.原因可能是比例系数过小，导致系统调节作用弱；积分时间过长，积分作用不明显。改进措施：适当增大比例系数，加快系统响应；减小积分时间，增强积分作用，以减小稳态误差。13.方框图：液位传感器→比较器→控制器→调节阀→液位